Механизм водородного растрескивания

МЕХАНИЗМ ВОДОРОДНОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ [c.150]

Другой предложенный механизм водородного растрескивания заключается в диффузии и адсорбции водорода на верщине трещины, в результате чего уменьшается поверхностная энергия у атомов металла, находящихся под воздействием растягивающих сил [19] (сорбционное растрескивание под напряжением). [c.117]

Сопоставление всех приведенных выше обобщенных данных позволяет считать, что в процессе коррозионного растрескивания невозможно говорить о превалирующей роли только одного процесса. Анодное растворение и водородное охрупчивание являются неотъемлемыми частями механизма коррозионного растрескивания. Можно лишь говорить о последовательности этих процессов как следующих стадий коррозионного растрескивания [c.69]

Изложены вопросы коррозионно-механической прочности металлов, влияние коррозионных сред на характеристики ползучести. Описаны новые представления о механизме коррозионного растрескивания и связи его с водородным охрупчиванием. Рассмотрены кинетика и механизм влияния водородного охрупчивания в процессе коррозионного растрескивания различных сталей и сплавов. Показана зависимость этих видов разрушения от различных структурных факторов. Приведены сведения о коррозионном растрескивании высокопрочных алюминиевых и титановых сплавов, механизме этих процессов и способах защиты. [c.4]

Обычно KP под напряжением определяют как совместное воздействие агрессивной коррозионной среды и растягивающего напряжения (остаточного или приложенного), приводящее к растрескиванию, имеющему макроскопически вид хрупкого разрушения. В этом определении подразумевается, что KP представляет собой явление, а не механизм,-— именно так KP и трактуется в этой главе. К таким же явлениям относится и водородное охрупчивание, которое может (но не обязательно) сопровождать KP. Водород как газ или в виде частиц, возникающих в результате химических или электрохимических реакций, может рассматриваться как агрессивный агент, способный вызывать KP. Но в процессе классических исследований водородного охрупчивания имели дело с водородом, растворенным в металле, что не характерно для коррозионных агентов. В прошлом это приводилось в качестве аргумента против связи KP с водородным охрупчиванием. Данный обзор показывает, что такой вывод не может считаться общим. Известен ряд случаев, когда водород участвует в KP, причем существовавшее мнение о соотношении между водородным растрескиванием и, например, анодным растворением как компонентами KP нуждается в поправке или даже в пересмотре. К целям данной главы относится также анализ роли и соотношения различных механизмов в KP- [c.47]

Наиболее распространенным из таких процессов переноса является диффузия в кристаллической решетке. Водород очень быстро диффундирует в большинстве металлов, особенно с о. ц. к. структурой решетки (стали и титановые р-сплавы), и поэтому вполне уместно сопоставить скорости растрескивания (например, в области II на рис. 2) со скоростями диффузии. Такое сравнение принято проводить на основе параметров активации (в частности, энергии активации) и в целом ряде работ было получено согласие данных для двух процессов в титановых сплавах [207], сталях [172, 308, 309] и некоторых других материалах [172]. Следует, правда, отметить, что обычно нет уверенности в протекании единственного термически активированного процесса и поэтому получение энергии активации растрескивания, близкой к энергии активации диффузии, не свидетельствует ни о наличии единственного диффузионного механизма переноса, ни даже об определяющей роли диффузии в процессе переноса водорода [39, 310]. Мы не сомневаемся, что некоторые явления водородного растрескивания контролируются диффузией, однако имеющиеся доказательства такого контроля не всегда достаточно убедительны. [c.129]

Если в системе протекают составные процессы, то они могут быть последовательными (действующими по очереди) или же одновременными (т. е. независимыми и, возможно, аддитивными). Это существенное различие, если скорости составляющих процессов заметно различаются. Действительно, скорость последовательного процесса при этом будет определяться самым медленным, а одновременного процесса — самым быстрым составляющим процессом. Возможность 2) подразумевает, что при данных условиях (температура, напряжение, скорость деформации и т. д.), когда относительные вклады составляющих процессов сравнимы, происходит либо последовательный, либо одновременные процессы. В настоящее время нет данных, позволяющих определить тип составного процесса при индуцированном водородом КР. Один из возможных способов состоит в измерении энергий, активации растрескивания в нескольких узких температурных интервалах. При этом энергия активации будет расти с температурой в случае независимых процессов и уменьшаться — в случае последовательных [326], при условии, что область исследованных температур включает переход от условий доминирования одного процесса к условиям преобладания другого. Необходимо также, чтобы в этой температурной области механизм, определяющий скорость каждого процесса, оставался неизменным (например, перенос массы в растворе при анодном растворении или поглощение водорода металлом при водородном растрескивании. [c.134]

Механизм КР сталей типа Х13 мартенситного класса в нейтральных и слабокислых хлоридных растворах при температурах до 100 °С зависит от режима термообработки. Сталь, термообработанная на высокую прочность путем закалки с низким отпуском, разрушается по механизму водородного охрупчивания. После отпуска при температурах выше 450 °С растрескивание связано с локальным анодным растворением. Этот же механизм наиболее вероятен и для ферритных сталей. [c.132]

Коррозионное растрескивание под напряжением, для которого по меньшей мере частично процесс развития трещин основан на анодном растворении, может быть предотвращено катодной защитой. В противоположность этому водородное растрескивание вызывается катодной поляризацией, так как она способствует образованию водорода. Это. различие позволяет распознавать упомянутые механизмы. [c.191]

Условия эксплуатации допускают возможность трещинообразования на трубопроводе по нескольким механизмам водородной коррозии, водородного растрескивания и хрупкого разрушения, вызванного тепловой хрупкостью стали. [c.362]

Механизм щелочного растрескивания, либо объясняют проникновением водорода в сталь 32, 43] (т. е. считают, что щелочная хрупкость стали представляет собой один из видов водородного разрушения), либо связывают с неодинаковым воздействием щелочи на грани и границы зерен [44, 45] (пассивность граней и избирательное разрушение границ зерен). В пользу второй теории свидетельствует отмечающийся в большинстве случаев межкристаллитный характер разрушения. [c.87]

Некоторое время велась дискуссия о том, протекает ли коррозионное растрескивание путем активной коррозии или же посредством водородного охрупчивания. Здесь этот вопрос не может быть подробно изложен. Механизму коррозионного растрескивания высокопрочных сталей посвящены два недавних обзора [14, 15] (см. также раздел 5.1). Здесь же уместно лишь кратко обсудить последние исследования, давшие новую информацию о механизме растрескивания. Следует заметить, однако, что коррозионное растрескивание различных сплавов может протекать по-разному, и данные, полученные для одного материала, не служат строгим доказательством справедливости того же механизма растрескивания и для другого сплава. [c.44]

Относительная чувствительность различных высокопрочных сталей к коррозионному растрескиванию полностью подтверждена [4, 6, 42, 43], однако причины изменения сопротивления коррозионному растрескиванию не полностью изучены. Поэтому необходимы дальнейшие исследования механизма водородного охрупчивания стали, влияния химического состава и термической обработки на скорость распространения трещины при коррозионном растрескивании, а [c.271]

При рассмотрении механизма хрупкого разрушения сталей при коррозии под напряжением необходимо иметь в виду, что при одновременном воздействии статических растягивающих напряжений (внешних или внут ренних) и коррозионной среды может происходить коррозионное и водородное растрескивание. [c.37]

Представления о механизме водородного растрескивания строятся на известных особенностях взаимодействия водорода с насыщаемым металлом — преимущественной миграции его в участки повышенного трехосного напряжения и деформации ферритной матрицы в результате растворения в ней водорода [115]. Считается, что достаточно высокий по концентрации раствор водорода образуется в кристаллической решетке непосредственно впереди острия развивающейся трещины. Это способствует деформации металла (такая деформация имеет микроразмеры и может быть обнаружена только с помощью электронного микроскопа). Предполагается, что на образующейся при росте трещины ювенильной поверхности облегчается абсорбция кристаллической решеткой частиц водорода, способствующих растрескиванию. [c.32]

При одновременном действии растягивающих напряжений и хлоридов при повышенных температурах (350—500° С) титановые сплавы обнаруживают коррозионное растрескивание ( солевая коррозия ). С увеличением содержания алюминия сопротивление коррозионному растрескиванию понижается. По мнению Б. А. Колачева, коррозионное растрескивание в условиях воздействия хлоридов при повышенных температурах происходит по механизму водородного растрескивания. [c.142]

Для определения механизма водородного растрескивания большое значение имеет установление функциональной звисимости времени до растрескивания от вели- [c.172]

Мартенситные стали, если их подвергнуть термической обработке для повышения твердости, приобретают сильную склонность к растрескиванию в слабо- и умереннокислых растворах. Особенно это проявляется в присутствии сульфидов, соединений мышьяка или продуктов окисления фосфора или селена. Специфические свойства кислот не имеют существенного значения до тех пор, пока процесс идет с выделением водорода. Эта ситуация отличается от случая аустенитных сталей, которые разрушаются исключительно в результате специфического действия анионов. Катодная поляризация также не защищает мартенситные стали от растрескивания, а ускоряет его. Все эти факты свидетельствуют, что мартенситные стали в указанных условиях разрушаются не по механизму КРН, а в результате водородного растрескивания (см. разд. 7.4). При катодной поляризации в морской воде, особенно при высоких плотностях тока, более пластичные ферритные стали подвергаются водородному вспучиванию, а не растрескиванию. Аустенитные нержавеющие стали устойчивы и к водородному вспучиванию, и к водородному растрескиванию. [c.319]

Область граничных температур лежит примерно в интервале 60—80°С. Это не противоречит полученным ранее данным Ацелло и Грина [64а], что нержавеющая сталь 18-8 подвергается КРН при комнатной температуре в сильнокислом растворе, содержащем 5М H2SO4 + 0,5М Na l. С большой долей уверенности можно утверждать, что разрушение в последнем случае происходит по другому механизму. По нашему мнению, в сильных кислотах водородное растрескивание напряженных сталей 18-8 может протекать вдоль плоскостей скольжения, где имеет место превращение -у-фазы в а-фазу. Именно а-фаза стали 18-8 (с объемно-центрированной кубической решеткой) подвержена водородному растрескиванию. Нержавеющая сталь с 25 % Сг и 20 % Ni (марки 310) не претерпевает заметных фазовых превращений при холодной обработке и относительно стойка к водородному растрескиванию, но не стойка к КРН в кипящем растворе Mg lj. См. [64Ь]. —Примеч. сшт. [c.322]

Эти кислоты можно получить в лаборатории, пропуская сероводород через воду, насыщенную SO . Для понимания механизма наблюдаемых разрушений следует учесть, что при протекании коррозионных процессов эти кислоты легко катодно восстанавливаются. В связи с этим политионовые кислоты действуют в качестве катодного деполяризатора, который способствует растворению металла по границам зерен, обедненным хромом. Еще одна форма влияния, возможно, заключается в том, что продукты их катодного восстановления (HjS или аналогичные соединения) стимулируют абсорбцию межузельного водорода сплавом, обедненным хромом. Под напряжением этот сплав, если он имеет ферритную структуру, подвергается водородной коррозии вдоль границ зерен. Аустенитный сплав в этих условиях устойчив. Показано, что наличие в морской воде более 2 мг/л серы в виде Na S либо продуктов катодного восстановления сульфитов SOg" или тиосульфатов SjO вызывает водородное растрескивание высокопрочных сталей с 0,77 % С, а та кже ферритных и мартенситных нержавеющих сталей 167]. Предполагают, что и политионовые кислоты оказывают аналогичное действие. [c.323]

Другой механизм может быть обусловлен развитием водородного растрескивания вдоль границ зерен сенсибилизированного сплава. Разрушение в этом случае протекает в кислой среде, так как она поставляет водород, необходимый для коррозионного процесса. Кислая среда способствует также образованию молекулярной формы HjS (а не HS или S "), которая является основной каталитической примесью, стимулирующей абсорбцию сплавом атомарного водорода. Показано, что водные растворы SO2 так же, как и растворы политионовых кислот, вызывают межкристаллит-ное растрескивание сенсибилизированной стали 18-8. Это объясняется быстрым восстановлением SOj на катодных участках с образованием HjS или других аналогично действующих продуктов восстановления. Ионы SO не способны к такому восстановлению, поэтому серная кислота вызывает растрескивание в значительно меньшей степени. [c.323]

В настоящее время нет единой точки зрения о приоритете того или другого механизма в процессе коррозионного растрескивания. Выводы о ведущей роли одного из процессов в вершине трещины в большинстве работ носят, как правило, альтернативный характер. Обосновывая ведущую роль одного из механизмов, авторы не обсуждают или отвергают возможность разрушения при коррозионном растрескивании по любому другому механизму. Так, Дж. Скалли [60] даже вводит новое понятие— водородное растрескивание, относящееся к сплавам, которые разрушаются под напряжецием в коррозионной среде вследствие внедрения атомов водорода в кристаллическую решетку. До недавнего времени для выяснения механизма коррозионного растрескивания считалось достаточным изучить влияние поляризации при одних и тех же условиях нагружения на скорость разрушения. Если анодная поляризация, активирующая растворение у вершины трещины, приводит к уменьшению времени до разрушения, а катодная поляризация, наоборот, снижает скорость роста коррозионной трещинь), значит, коррозионное растрескивание протекает в основном по механизму локального анодного растворения. Если же катодная поляризация ускоряет разрушение, а анодная, наоборот, его задерживает или замедляет, ведущим процессом при коррозионном растрескивании является проникновение водорода в кристаллическую решетку и связанное с этим охрупчивание металла в вершине трещины. [c.58]

Помимо указанных предлагается различать еще такие механизмы разрушения, как водородное растрескивание, коррозионное растрескивание под напряжением, под действием жидких металлов [78]. Однако целесообразность выделения этих видов нагружения в особую группу по механизму разрушения из-за отсутствия специфических микрофрактографических признаков не является очевидной. Например, при водородном растрескивании разрушение может проходить с формированием фасеток квазиотрыва, аналогичных получаемым при хрупком разрушении под действием других факторов, или по границам зерен. При водородном растрескивании закаленной и отпущенной стали AISI 4340 характер межзеренного излома аналогичен излому этой стали в условиях коррозии под напряжением [78]. [c.19]

Предполагается, что и в этом случае галоидные ионы и водород в качестве опасных компонентов ответственны за высокотемпературное растрескивание. Предположение о роли водорода бы ло впервые сделано в работе [139], авторы которой остались его наиболее активными сторонниками. В основе предложенной гипотезы лежит образование водорода в результате пирогидролиза хлорида. Этот водород абсорбируется либо в металле, либо в области концентрации напряжений в вершине трещины, снижая энергию разрушения. Доказательства, приводимые в пользу механизма водородного охрупчивания, следующие 1) водород образуется в процессе высокотемпературной солевой коррозии 2) данные ASTM [144] и результаты [148] показывают, что водород может абсорбироваться в условиях высокотемпературного солевого коррозионного растрескивания 3) при комнатной температуре [c.402]

Во-первых, эффект коррозионного растрескивания установлен в общем только для сплавов,, однако следут иметь в виду, что наблюдалось межкристаллитное растрескивание меди 99,999%-ной чистоты в аммиачном растворе [102]. Хотя это может быть связано с загрязнениями на границах зерен, т. е. с содержанием сплава в металле высокой чистоты, называть такой материал сплавом не принято. Сообщалось также о межкристаллитном растрескивании железа высокой чистоты [103], которое вызывалось загрязнениями по границам зерен. Во-вторых, растрескивание возникает в сплавах только при воздействии некоторых специфических сред (например, а-латуни в аммиаке, как это показано в табл. 13), однако число этих сред возрастает по сравнению с первоначально установленной номенклатурой. Когда вызывающей растрескивание средой является вода, ее происхождение не имеет существенного практического значения. В-третьих, коррозионное растрескивание — явление, возникающее при сочетании наличия напряжений в детали и пребывания ее в коррозионной среде. Устранение либо среды, либо напряжений будет предотвращать возникновение трещин или пр юстановит дальнейший рост уже образовавшихся трещин. В-четвертых, при любом характере приложенного напряжения оно должно иметь растягивающую поверхностный слой компоненту. Наконец, следует отметить, что не совсем ясна определяющая коррозионная реакция, вызывающая развитие трещин. Растрескивание ииожет возникнуть из-за коррозии, т. е. разъедания металла, на очень узком фронте по описанным ниже причинам, но может быть также следствием локального охрупчивания, вызванного поглощением атомов водорода, которые разряжаются на локальных катодах близко к острию трещины. Иногда между этими двумя обш ими механизмами делают различие, называя первый механизмом активного пути, а второй — механизмом водородного охрупчивания. Хотя уже стало привычным рассматривать их по- [c.173]

По данным фрактографического анализа изломов повышение склонности к коррозионному растрескиванию под напряжением исследованных выше сталей сопровождается увеличением в зоне стабильного роста треш ины доли поверхности разрушения излома, формирующейся по механизму квазискола и межкристаллитного разрушения [192]. Довольно часто очаг зарождения треш,ины располагается на некотором расстоянии (0,1-0,3 мм) от основания надреза, что указывает на механизм водородного охрупчивания r-Mo-V- сталей при испытании на коррозионное растрескивание. [c.311]

Анализ изломов образцов с V-образным надрезом из r-Si-Mo-, r-Ni-Mo-V-, r-Ni-Mo-V-Ti-B-, r-Mo-Ti-B-, r-Мо-сталей, испытанных на коррозионое растрескивание, показывает, что, когда очаги зарождения трещины обнаружить удается (этому препятствуют продукты коррозии), более чем в 50% случаев они расположены на некотором расстоянии от поверхности. Кольцевые зоны среза (сдвига) отделяют место зарождения трещины от основания надреза. При водородном охрупчивании облегчается зарождение трещины на некотором удалении от поверхности, где создается трехосное напряженное состояние. Следовательно, по крайней мере, в части образцов трещины зарождаются по механизму водородного охрупчивания. [c.313]

Если в газообразном водороде и при сульфидном растрескивании механизм развития трещины в целом соответствует механизму коррозионного растрескивания высокопрочных сталей, то механизм водородно-индуцируемого растрескивания, характерный для растрескивания сталей низкой и средней прочности во влажном растворе сероводорода, имеет ряд принципиальных отличий. В то же время все типы растрескивания металла в наводороживающих средах принято относить к коррозионному растрескиванию. Поэтому, говоря о задачах испытаний, целесообразно дать анализ испытаниям на коррозионное растрескивание в целом, отметив особенности испытаний в наводороживающих средах. [c.28]

Таким образом, стендовые испытания натурных конструкций позволили оценить надежность трубопроводов и запорной арматуры, а также влияние легирования металла и присутствие вторичной окалины на сопротивляемость сталей водородному растрескиванию, и определить механизм разрушения трубопроводов, бывших в контакте с наводороживающей средой. [c.117]

Необходимость создания методических руководящих документов по оценке сопротивляемости металлов и сварных соединений коррозионному, в том числе водородному растрескиванию, в развитие документации, регламентирующей оценку свойств основного металла, диктуется следующими обстоятельствами большинства несущих конструкций, эксплуатирующихся в коррозионных средах, являются сварными сварные соединения, являющиеся сложными макро- и микрогетеро-генными системами, принципиально не отличаясь по механизму разрушения, имеют существенные особенности поведения в коррозионных средах по сравнению с основным металлом. [c.122]

По современным представлениям два основных механизма коррозионного растрескивания под напряжением в электролитах - это анодное растворение и водородное охрупчивание [150, 197], которые часто трудно резделить. Эти механизмы взаимосвязаны, однако качественно различны. Рассмотрим вначале влияние отпускной хрупкости на коррозионное растрескивание в условиях контроля скорости разрушения анодным растворением а затем в системах, где разрушение связано с водородом, попадающим в металл из электролита или газовой фазы. [c.165]

Механизм водородного охрупчивания связывают чаще всего с внедрением (диффузией) в металл атомов водорода, образованием в вершине (у вершины) трещины хрупкого гидрида, уменьшением межзеренных расстояний. При этом установлено, что коррозионные процессы (электродные реакции), способствующие образованию молекулярного (газообразного) водорода, снлжаюг опасность водородного охрупчивания. В то же время известны случаи повышения коррозионной хрупкости при катодной поляризации, когда облегчается процесс водородной деполяризации. Причины водородного охрупчивания обусловлены и многими другими факторами. Здесь следует отметить, что в большинстве случаев кинетика процесса водородного охрупчивания зависит от величины потенциала металла вне зоны растрескивания, в плоскости скольжения трещины и в ее вершине. [c.95]

По аналогичному механизму возможно растрескивание конструкционных гидридообразующих металлов — циркония, ниобия, тантала — в условиях коррозии с водородной деполяризацией, в перегретом паре, воде закритических параметров, при радиолизе воды. [c.72]

В заключение следует отметить, что в настоящее время нет единой точки зрения на механизм коррозионного растрескивания титановых сплавов. Многие исследователи отрицают специфическую роль С1-И0Н0В в коррозионном растрескивании титана, полагая, что растрескивание прежде всего контролируется процессом наводороживания и протекает по механизму водородного охрупчивания [262, 265—26 . [c.90]

Другие наблюдения, включающие измерение pH раствора и электродного потенциала в вершине развивающейся при коррозионном растрескивании трещины для высокопрочных сталей, показывают, что имеются условия, способствующие внедрению водорода в сталь, и иногда служат доказательством доминирующей роли механизма водородного охрупчивания (см. раздел 5.4). Однако следует сказать, что подкисленне среды в вершине трещины не исключает возможности некоторого развития трещины вследствие растворения, которое также, вероятно, облегчается за счет дальнейшего понижения pH коррозионной среды в вершине трещнны. В самом деле, образование водорода в процессе катодной реакции требует уравновешивания анодной реакцией, которая может протекать в вершине трещнны и приводить к ускорению распространения трещины. [c.235]

Механизм. Механизм коррозионного растрескивания в водных средах не известен. С помощью кинетического механизма переноса массы [19] предприняты попытки объяснить причину необыкновенного явления — появления высокой концентрации ионов 1 в вершине трещины, которая приводит к образованию слоя (или слоев) хлорида титана. Это способствует зарождению грещины в решетке сплава, находящейся под действием растягивающей составляющей объемных напряжений. Водородное охрупчивание [20] связано с разрядом водорода на поверхностях в вершине трещины, свободных от пленки или покрытых очень тонкой окисной пленкой. Внедрение водорода в деформируемые объемы металла впереди развивающейся трещины приводит к водородному охрупчиванию пластически деформируемых при малых скоростях участков металла. Последовательно снижение пластичности повторяется от зерна к зерну по мере развития трещины. Неравномерный характер распространения трещины обнаружен методом акустической эмиссии [21] и фрактографи-ческими исследованиями [22]. Поскольку подвижность водорода много меньше, чем наблюдаемые скорости растрескивания, было предположено, что при зарождении трещины в областях, охрупченных за счет абсорбированного водорода, трещина может развиваться вне этих областей за счет механических факторов на определенную глубину. В соответствии с этим положением находятся обычные наблюдения, заключающиеся в том, что самые высокие скорости растрескивания соответствуют самым прочным и хрупким сплавам. [c.275]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...